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Réduire pertes d’énergie en surveillant les décharges partielles
Dans la distribution moderne de l’énergie, l’un des défis les plus importants consiste à minimiser les pertes d’énergie. Cet article explore les types de pertes dans les systèmes de distribution électrique, souligne l’importance de la surveillance des décharges partielles et examine le rôle des véhicules de mesure dans les pratiques de maintenance traditionnelles.
Quels sont les principaux types de pertes d’énergie ?
Les pertes d’énergie dans les réseaux de distribution peuvent être classées en trois catégories principales :
- Pertes par effet Joule : Elles sont dues à la résistance des conducteurs et entraînent une dissipation de chaleur. Ces pertes peuvent être réduites en optimisant le flux d’énergie au sein du réseau, par exemple en reconfigurant les lignes de distribution pour minimiser la dissipation d’énergie liée à la résistance.
- Pertes dues aux décharges Corona : Les décharges Corona, un type de décharge partielle, se produisent dans des champs électriques non uniformes. Des facteurs tels que la courbure du conducteur, les contaminants de surface ou l’accumulation de glace contribuent à leur apparition. Ces décharges entraînent des fuites de charge, provoquant des pertes d’énergie qui, dans certaines conditions, peuvent atteindre 150 % des niveaux de perte habituels.
- Les pertes par fuite, qui résultent de la circulation du courant le long d’isolateurs contaminés, tels que ceux qui sont recouverts de poussière ou de glace. Ces courants s’accompagnent de décharges partielles qui dégradent l’isolation et augmentent les pertes en créant des chemins conducteurs le long de la surface de l’isolateur.
Comment la surveillance des décharges partielles permet-elle de gérer les pertes d’énergie ?
L’installation de capteurs de décharges partielles à proximité des équipements électriques, tels que les sous-stations ou les transformateurs, permet une surveillance continue de ces phénomènes. Cette approche présente plusieurs avantages importants :
- Prévention des crises : Les décharges partielles indiquent la dégradation de l’isolation, ce qui permet d’effectuer une maintenance en temps voulu et de réduire le risque de défaillance de l’équipement.
- Optimisation des pertes : L’identification des zones à forte activité de décharge permet des améliorations ciblées, telles que l’utilisation de conducteurs semi-isolés qui atténuent les pertes par effet couronne.
- Planification efficace de la maintenance : Le contrôle de l’isolation en temps réel peut remplacer les méthodes d’inspection traditionnelles, telles que les tests périodiques avec des véhicules de test de câbles.
L’inspection traditionnelle à l’aide de véhicules d’essai à câble : est-ce une bonne chose ?
Avant l’avènement des systèmes de surveillance continue, les équipes de maintenance s’appuyaient largement sur les véhicules de test de câbles pour évaluer l’état de l’isolation des équipements électriques. Ces véhicules sont généralement équipés d’appareils de mesure à haute tension et servent de laboratoires de diagnostic mobiles. Dans la pratique, l’utilisation de ces véhicules pose des problèmes logistiques importants.
Un véhicule peut effectuer en moyenne cinq inspections par jour, couvrant souvent de vastes zones géographiques. Par exemple, E.ON exploite 19 623 sous-stations en République tchèque, ce qui nécessite environ 4 000 inspections annuelles, soit environ 20 inspections par jour dans toutes les régions.
Les véhicules doivent faire des allers-retours vers les différentes sous-stations, ce qui augmente la consommation de carburant et les coûts d’exploitation. Ces sous-stations sont souvent situées dans des zones urbaines et rurales, les distances à parcourir étant plus longues dans les zones rurales. Cela a un impact sur l’efficacité de la maintenance traditionnelle et met en évidence les avantages de l’adoption de systèmes de surveillance continue.
La distance moyenne pour une inspection des stations de la région de Bohême du Sud, avec un point de départ à České Budějovice, est de 36,8 kilomètres. Il est à noter que pendant toute la durée du trajet, les équipements embarqués des véhicules sont alimentés par le moteur, ce qui contribue à la consommation d’énergie.
Les conditions météorologiques : un autre facteur ayant un impact significatif sur les pertes d’énergie
Les recherches indiquent que les conditions météorologiques influencent considérablement l’apparition de décharges partielles. Alors que les valeurs moyennes des pertes sont souvent basées sur des données météorologiques, les conditions locales – telles que le brouillard fréquent, le gel dans les régions montagneuses ou la poussière industrielle près des usines – peuvent conduire à des pertes réelles plus élevées.
Les tableaux suivants montrent les pertes techniques totales dans la partie morave du système de transmission, sur la base des conditions météorologiques actuelles :
Conditions météorologiques | Pertes de couronne (MW) | Pourcentage des pertes corona sur les pertes techniques totales pour 10 MW (min) | Pourcentage des pertes par effet couronne sur le total des pertes techniques pour 25 MW (max) |
Clair | 0,4213 | 4,213 % | 2,8 % |
Neige | 1,3516 | 13,516 % | 5,4 % |
Pluie | 5,1031 | 51,03 % * | 20,41 % * |
Givre | 15,2045 | 152,04 % * | 60,81 % * |
Conditions météorologiques | Pertes de couronne (MW) | Pourcentage des pertes corona sur les pertes techniques totales pour 15 MW (min) | Pourcentage des pertes corona sur les pertes techniques totales pour 57 MW (max) |
Clair | 1,6108 | 10,73 % | 2,8 % |
Neige | 5,5197 | 36,79 % | 5,4 % |
Pluie | 19,823 | 132,15 % * | 34,77 % |
Givre | 63,012 | 420,00 % * | 110,54 % * |
Quels sont les avantages économiques de la surveillance des décharges partielles ?
La mise en œuvre de systèmes de surveillance des décharges partielles offre des avantages financiers et opérationnels substantiels :
- Réduction des coûts de maintenance : Les systèmes de surveillance automatisés réduisent la nécessité d’effectuer des inspections à forte intensité de main-d’œuvre à l’aide de véhicules de mesure.
- Amélioration de la sécurité opérationnelle : La détection précoce des problèmes minimise le risque de défaillance, qui peut entraîner des réparations coûteuses et des risques de sécurité tels que des incendies.
- Des décisions d’investissement éclairées : Les données relatives aux pertes peuvent guider l’adoption de technologies avancées, telles que les conducteurs isolés dans les zones à fortes pertes.
Étude de cas : Analyse des pertes d’énergie en République tchèque
Le fournisseur d’énergie E.ON exploite plus de 19 600 sous-stations en République tchèque et effectue environ 4 000 inspections par an à l’aide de véhicules d’essai. Chaque véhicule effectue cinq inspections par jour, couvrant des équipements répartis dans de vastes régions. Les véhicules doivent effectuer des trajets aller-retour vers chaque sous-station, les distances moyennes variant en fonction des facteurs régionaux. En outre, les équipements embarqués dépendent du moteur pour leur alimentation, ce qui augmente les coûts d’exploitation.
De même, ČEZ Distribuce a signalé des pertes moyennes de 41 kWh/km sur ses lignes à haute tension en 2019. Parmi celles-ci, environ 20 % ont été attribuées à des décharges corona. La mise en place d’une surveillance en temps réel et la modernisation de l’infrastructure permettent de réduire considérablement ces pertes.
Conclusion
L’adoption de la surveillance continue des décharges partielles représente une avancée majeure dans l’amélioration de l’efficacité et de la sécurité des systèmes énergétiques. Cette technologie permet non seulement de minimiser les pertes, mais aussi d’améliorer la planification de la maintenance et les décisions d’investissement. À mesure que la demande d’énergie durable augmente, la mise en œuvre de telles innovations sera essentielle pour relever les défis futurs.